航空發(fā)動機(jī)制造是一個國家制造業(yè)的典型代表含口。它集制造業(yè)的設(shè)計捌秩、工藝杜糕、材料谭某、加工、質(zhì)量控制等領(lǐng)域的高悉种、精接竣、尖技術(shù)為一體，具有承受載荷大瓷忙、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜耐陵、數(shù)量種類多、制造精度高泵网、質(zhì)量要求嚴(yán)俏蛮、加工難度大等特點。其中的重要零部件制造是集新材料切削技術(shù)上遥、適應(yīng)新型結(jié)構(gòu)零件的新工藝搏屑、刀具制造技術(shù)、多軸數(shù)控編程及優(yōu)化處理技術(shù)粉楚、虛擬仿真技術(shù)辣恋、切削變形控制技術(shù)、型面精確檢測技術(shù)和無損探傷等前沿技術(shù)于一體的多方位模软、多種技術(shù)的交叉綜合研究與應(yīng)用伟骨。

　　復(fù)合加工技術(shù)主要解決2 個方面的問題：特殊結(jié)構(gòu)與復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工、難加工材料及脆硬材料的加工燃异。復(fù)合加工的主要特點是綜合應(yīng)用機(jī)械携狭、光學(xué)、化學(xué)回俐、電力逛腿、磁力流體和聲波等多種能量進(jìn)行綜合加工，在提高加工效率和生產(chǎn)效率的同時仅颇，兼顧加工精度单默、加工表面質(zhì)量及工具損耗等，具有常規(guī)單一加工技術(shù)無法比擬的優(yōu)點[1]瘦肥。

航空發(fā)動機(jī)制造對復(fù)合加工技術(shù)的需求分析

　　目前航空發(fā)動機(jī)制造工藝過程中應(yīng)用較為廣泛的復(fù)合加工技術(shù)有以下2種：（1）基于工序集中原則入荞，以多種機(jī)械加工工藝為主的復(fù)合加工技術(shù)。例如：車削局限、銑削汗绰、磨削、鉆削、鏜削和絞削等工藝琴坏，其中的部分工藝可以一次性裝夾完成讳董。（2）特種加工方法與切削、磨削組合束澄，去除材料工藝方式的復(fù)合豺章。例如：激光、電火花和超聲波等特種加工方法與切削妇张、磨削的組合搅厕。

　　以機(jī)械加工工藝為主的復(fù)合加工，是指零件在機(jī)床上僅用一次裝夾便可完成多種機(jī)加工藝的加工氏仗。特別適用于零件進(jìn)入精加工階段后吉捶，在一個工位上完成精車、精銑皆尔、鉆呐舔、鏜、絞慷蠕、攻絲多工序的連續(xù)加工珊拼。這種加工具有消除重復(fù)裝夾定位誤差、提高加工精度流炕、縮短零件的生產(chǎn)周期澎现、減少工裝數(shù)量、簡化工藝流程等優(yōu)越性每辟，這是單一功能機(jī)床加工無法實現(xiàn)的剑辫。對實現(xiàn)工序集中復(fù)合加工技術(shù)，應(yīng)用較多的有五軸車銑復(fù)合加工中心和五軸銑車復(fù)合加工中心2 種典型的機(jī)床渠欺。五軸車銑加工中心以車削功能為主揭斧，同時集成了銑削和鏜削等功能。機(jī)床有3個直線運動軸X掂篷、Y、Z 和2個圓周旋轉(zhuǎn)軸A揣洁、B 或B鳖弱、C，配有刀具自動交換裝置和刀庫[2]铭轩。在車削中心基礎(chǔ)上增添用于回轉(zhuǎn)刀具的切削裝置發(fā)展而成益丘，其功能相當(dāng)于1臺車削中心和1臺加工中心的復(fù)合，典型代表有奧地利WFL 臥式車銑復(fù)合加工中心薯摩。適合加工航空發(fā)動機(jī)盤冲取、軸和中小結(jié)構(gòu)類零件，這類零件以車削為主導(dǎo)工藝猪破、車削部位形位公差精度高鄙吗，車削去除材料量大玻啡。

　　五軸銑車復(fù)合加工中心則以銑削功能為主，除了具備加工中心原有的五軸運動功能外疙鹃，在加工中心的基礎(chǔ)之上又增加了使工件回轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置捌轮。相當(dāng)于1臺加工中心和1臺車削中心的復(fù)合。適合加工航空發(fā)動機(jī)零件中的機(jī)匣赵颅、葉盤類零件虽另。這類零件以銑削為主導(dǎo)工藝，銑削工藝去除材料量大于車削工藝饺谬，銑削工藝比車削工藝復(fù)雜程度高捂刺。零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得對機(jī)床的銑削功能要求較高募寨。例如第五軸（A 或B）要有較寬的擺動范圍族展；主軸可以立式、臥式轉(zhuǎn)換绪商，不僅可以加工軸向端面孔苛谷，也可以加工與發(fā)動機(jī)軸線垂直的徑向孔或成一定角度的斜孔。較為典型的有德國DMG銑車復(fù)合加工中心格郁。

復(fù)合加工技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)部分零件中的應(yīng)用
　　航空發(fā)動機(jī)零件的整體化腹殿、結(jié)構(gòu)化、輕量化是大推比發(fā)動機(jī)的重要設(shè)計特性之一例书。整體結(jié)構(gòu)件具有減重锣尉、減級、增效并提高可靠性的優(yōu)點牢星，符合航空發(fā)動機(jī)零部件易維護(hù)箫朽、高可靠性和長壽命的服役需求。例如將壓氣機(jī)盤和軸頸設(shè)計為一體的壓氣機(jī)盤隐鬼，將轉(zhuǎn)子葉片和壓氣機(jī)盤設(shè)計為一體的整體葉盤等蜓盯。整體結(jié)構(gòu)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，和原單體零件相比裝夾定位效果明顯削弱柱丐，使得零件剛性減弱腌径，加工中容易產(chǎn)生振顫。因而加工中零件個別部位容易產(chǎn)生變形凉危，幾何尺寸和表面質(zhì)量受到一定程度影響笔骏。單體葉片加工時可以夾緊葉片的軸頸部位，同時用頂尖頂住葉冠粮森，一個方向夾緊室拿，一個方向支撐。整體葉盤銑削葉片時只能以夾緊輪轂的前后緣板，葉冠無支撐磺穷，葉片在懸臂狀態(tài)下加工陈莽，工藝性明顯劣于單體葉片。因此整體結(jié)構(gòu)零件基本上融合了原來兩個單體零件据悔，盤和葉片的加工難度传透。
　　整體葉盤和機(jī)匣類零件是公認(rèn)的航空發(fā)動機(jī)制造中難度最大的零件之一。其工藝流程復(fù)雜既包含常見的機(jī)械加工車极颓、銑朱盐、鉆、鏜菠隆、絞兵琳、磨，又包括了特種加工如噴涂骇径、噴丸躯肌、熱處理等，工藝流程長達(dá)幾十或數(shù)百道工序破衔，如圖1所示清女。

　　整體葉盤類零件可以應(yīng)用銑車復(fù)合加工中心，葉身型面銑削加工晰筛，輪盤表面的精車加工嫡丙，以及進(jìn)、排氣兩端的精密連接孔加工可以同時集中在一臺機(jī)床上加工镐怔。同理忠帝，機(jī)匣類零件也可以將機(jī)匣外型面銑削和內(nèi)型腔的車削以及前后端面精密連接孔鉆、鏜加工麦葱，同時在銑車復(fù)合加工中心上集中完成涝猩。加工結(jié)束后，可以應(yīng)用機(jī)床上配備的在線測量功能盖础，檢查加工結(jié)果期司，形成加工、測量一體化伶肚。這類機(jī)床應(yīng)該具備立式揣交、臥式轉(zhuǎn)換功能，其中銑削以臥式加工為主瘤嗜，車削則以立式加工為主。

　　由若干級壓氣機(jī)盤裝配而成的轉(zhuǎn)子胡电，可以在配備了動力磨削頭的車加工中心上着还，精修圓周徑向基準(zhǔn)后，在車削裝夾定位基礎(chǔ)之上，立即磨削各級葉片葉冠端面案淋，是應(yīng)用復(fù)合加工的又一實例座韵。

　　車銑復(fù)合加工中心適合加工以車削工藝為主，銑削工藝為輔的零件踢京。五軸車銑復(fù)合加工中心的B 軸擺頭車削技術(shù)誉碴，對于加工航空發(fā)動機(jī)零件中一些形狀復(fù)雜的半封閉型腔凸顯出相當(dāng)大的優(yōu)勢，是近年來發(fā)展較快的新技術(shù)瓣距。一些機(jī)床廠家已經(jīng)將該項功能作為出售機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)配置之一黔帕。圖2所示為車銑加工中心B 軸。

圖2 車銑加工中心B軸

　　B 軸擺頭車削特別適合加工壓氣機(jī)盤蹈丸、軸頸一體結(jié)構(gòu)盤類零件和進(jìn)成黄、氣排邊雙側(cè)帶篦齒環(huán)的整體葉盤類零件。這類零件的結(jié)構(gòu)特點是：輻板長逻杖、型腔狹小奋岁、盤心孔部位刀具入口處狹窄、內(nèi)腔底部變寬荸百，輻板與盤心孔的高度差較大槽邮。加工難點在于薄壁結(jié)構(gòu)加工中容易受切削力影響產(chǎn)生變形，且封閉腔切削中刀具和內(nèi)腔型面容易產(chǎn)生碰撞债竖、干涉调捍。特別是干涉的處理，成為能否加工出完整挣徽、準(zhǔn)確型腔的重要前提异浸。通常要請刀具制造工程師設(shè)計特殊形狀的非標(biāo)刀具，致使刀具成本幾乎增加一倍咙借，對企業(yè)來說是一個不小的負(fù)擔(dān)锐洞。封閉內(nèi)型腔結(jié)構(gòu)在常規(guī)車加工中心上加工，需要3把非標(biāo)刀具才能將型面全部加工完成脖投，其運動方向和切削區(qū)域如圖3所示窜交。應(yīng)用了車銑復(fù)合加工中心B 軸擺頭車功能后，型腔用如圖4所示的2把刀具加工就可以完全覆蓋整個區(qū)域防苗。

　　當(dāng)引入B 軸車削加工技術(shù)時羽址，利用B 軸在車削中可以擺頭的功能，使銑削主軸頭帶動刀具同步擺動谋旦，使得車刀桿軸線隨著加工部位的變化逐漸地調(diào)整其與型腔之間的角度剩失，最大限度利用型腔的有限空間，拓展了每一把刀的運動方位册着，彌補(bǔ)了常規(guī)車削中刀桿固定不動的不足拴孤，減少了不同刀具換刀加工所產(chǎn)生的接刀痕脾歧，改善了表面質(zhì)量，這一點在發(fā)動機(jī)零件的加工中尤為重要演熟。

　　從某種意義上說鞭执，數(shù)控車床的誕生使得車削非線性曲面變得輕而易舉，而B 軸擺頭車削技術(shù)的誕生使得復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的車削工藝能力得到極大的提升芒粹。

　　以能量復(fù)合為基礎(chǔ)的復(fù)合加工技術(shù)應(yīng)用了多種形式的能量綜合作用來實現(xiàn)材料的去除[3]兄纺，提高了難加工材料、難加工結(jié)構(gòu)的加工效率和加工質(zhì)量化漆。

　　高溫合金屬于難加工材料估脆，也是航空發(fā)動機(jī)零件常用材料之一。高溫合金切削時產(chǎn)生的切削力大获三、切削溫度高旁蔼，造成工件熱變形，使尺寸和形狀精度發(fā)生變化豁登。同時加工中冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重容厦，導(dǎo)致刀具磨損加劇。高溫合金零件的加工普遍存在加工成本較高嗦府、加工周期較長的特點牙茅。特別是高溫合金材料的整體葉盤，加工中需要切削掉的材料占整體毛坯鍛件的90％左右肺致。當(dāng)?shù)毒咧睆叫∮讦?mm時指锉，刀具系統(tǒng)剛性迅速減弱，進(jìn)給降幅較大哈涣，加工中容易出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象吹对，影響零件的表面質(zhì)量。我公司針對難加工材料的開展了特種工藝加工研究勺处。對高溫合金材料的整體葉盤和機(jī)匣暮戏，采用電火花仿型銑工藝進(jìn)行粗加工，取代數(shù)控銑削的方法去除流道部位大部分材料痪酸。以葉盤為例垃散，粗開槽加工時，采用棒狀電極授嘀，分別給葉盆和葉背預(yù)留一定余量物咳。然后進(jìn)行五坐標(biāo)銑削，即將電火花加工后的葉片進(jìn)行光整加工蹄皱，使葉身各處余量均勻览闰，給后續(xù)精銑加工奠定基礎(chǔ)。同直徑電極的造價遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硬質(zhì)合金刀具巷折，其價位還不到硬質(zhì)合金刀具的十分之一焕济。與加工中心相比纷妆，電火花機(jī)床小時折舊費用也低。

　　復(fù)合加工工藝注意要點：（1）防止加工中出現(xiàn)干涉晴弃。由于車銑復(fù)合加工中心增加了銑削加工時的主軸刀具回轉(zhuǎn)功能，使其不同于原來車床的滑枕加刀夾結(jié)構(gòu)逊拍，顯得較為龐大上鞠。在加工零件時，必須要考慮是否會與零件芯丧、夾具芍阎、機(jī)床工作臺（或轉(zhuǎn)盤）產(chǎn)生干涉與碰撞。解決的方法是懊霹，應(yīng)用幾何虛擬仿真技術(shù)冈瞪，虛擬仿真軟件環(huán)境建立零件、夾具凹田、機(jī)床工作臺（或轉(zhuǎn)盤）和機(jī)床銑削主軸準(zhǔn)確的三維數(shù)據(jù)模型找仙，運行數(shù)控加工程序，檢查刀具軌跡是否過切链坝，判斷銑削主軸是否與零件亲敷、夾具以及工作臺干涉，并根據(jù)干涉具體情況采取有效措施予以調(diào)整饿婴，通過加長刀具刀桿的長度卒割，加高夾具的高度，使銑削主軸有足夠的運動行程空間腌馒。（2）工藝路線編排合理堂憔。車銑復(fù)合或銑車復(fù)合工序盡量安排在零件的精加工階段，也即零件的最終成形加工階段掐划。粗加工或半精加工工序安排在常規(guī)設(shè)備上進(jìn)行奥猎。這樣既可以規(guī)避高端設(shè)備資源緊張的情況，又最大化的將車叶雹、銑财饥、鉆、鏜等多個工藝集中折晦，一次性加工完成工件大部分加工钥星，提高零件的加工精度。

結(jié)束語

　　復(fù)合加工技術(shù)為保證航空發(fā)動機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的加工質(zhì)量满着、提高加工效率谦炒、降低生產(chǎn)成本、簡化工藝流程风喇、縮短新產(chǎn)品的研制周期宁改，提供了一個可行的方法缕探。但是復(fù)合加工，應(yīng)綜合考慮零件的精度还蹲、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和加工成本的性價比爹耗，畢竟具有復(fù)合加工功能的機(jī)床目前仍屬于高端設(shè)備，資源較少谜喊。展望國家航空業(yè)的發(fā)展前景劣秦，加快研制民用大飛機(jī)、大推比發(fā)動機(jī)步伐巨陌，實現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)行業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展蔼邓，是企業(yè)追求的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。在市場競爭日益激烈的今天巡抛，一個新產(chǎn)品研發(fā)周期的長短侨懈，是衡量企業(yè)綜合實力的體現(xiàn)，因此復(fù)合加工技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景追艘。

參 考 文 獻(xiàn)
[1]王焱 . 復(fù)合加工制造技術(shù)在航空結(jié)構(gòu)件制造中的應(yīng)用. 航空制造技術(shù)凄系，2009（12）： 40-43.
[2]李德珍，李憲凱. 五軸車銑復(fù)合加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢. 航空制造技術(shù)鞭玩，2009（12）：47-50.
[3]韓榮第啰林，王揚(yáng)，張文吉. 現(xiàn)代機(jī)械加工新技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社离览，2003.（責(zé)編三豐）

（黎明航空發(fā)動機(jī) 胡曉群 李家永）

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